Автошина

АвтошинаАВТОШИНА, эластичная съемная оболочка на ободе колеса автомобиля, несет всю тяжесть его, передает движения и смягчает толчки от неровностей дороги на ходу. Автошина удовлетворяют столь разнообразным назначениям благодаря особому свойству входящей в их состав резины. Автошины благодаря их большой эластичности, значительной прочности и малому износу, а также и большому коэффициенту трения (сцепления) позволяют длительно развивать значительные скорости на дорогах любых типов. Следует различать три основных вида автошин:

I. Пневматические автошины. Конструкция и назначение их - использовать упругие свойства сжатого воздуха. Впервые пневматическая шина была изобретена английским инженером Томсоном в 1845 г. В 1888 г. шотландский ветеринар Денлоп (Dunlop) сконструировал для своего велосипеда пневматическую шину и успешно использовал в дальнейшем свою идею, запатентовав ее. В следующем году его изобретение сразу приобрело славу, после того как на спортивном празднике Ирландии первый приз за скорость на велосипеде взял неизвестный до того гонщик, случайно применивший пневматические шины Денлопа. Применив к шинам изобретенный Велчем обод, Денлоп сконструировал почти современный тип пневматической шины и положил начало широкой коммерческой эксплуатации своего изобретения, основав в 1895 г. фирму «Денлоп». На протяжении последующих тридцати лет пневматическая шина непрерывно совершенствовалась, наравне с успехами автомобилестроения, содействуя его развитию в такой же мере, как и легкий двигатель внутреннего сгорания. Пневматическая шина состоит из двух основных частей - камеры и покрышки. 1) Камера, наиболее существенная часть шины, состоит из кольцеобразной резиновой трубы, в которую нагнетен воздух. Т. о. в камере удачно сочетаются эластичность и воздухонепроницаемость резины с совершенной упругостью и текучестью воздуха. В стенку камеры заделан металлический самозапирающийся вентиль, через который и производится нагнетание камеры сжатым воздухом. Камера для пневматической шины изготовляется из особо эластичной и прочной цветной резиновой смеси.

Наиболее распространенный способ производства состоит в изготовлении цельнотянутых резиновых труб на т. н. «колбасных» машинах, на которых резина выжимается червяком через мундштук, в виде труб определенного диаметра. Другой способ изготовления камер состоит в обкладке болванки («дорна») резиновыми  полосами в один или более слоев. Стыки слоев тщательно прикатываются, а на месте, где предположена установка вентиля, наклеивается утолщение, и в таком виде сырая камера снимается с «дорна». Заготовленные в виде отрезков сырые камеры надеваются на спирально изогнутые полированные металлические трубы и обинтовываются материей. На таких же трубах происходит формовка и вулканизация камер. Последняя производится в больших котлах. За последнее время для больших камер стал применяться способ вулканизации в изложницах, в которых внутрь камер нагнетается воздух, вода или нейтральный газ. По окончании вулканизации на трубах камеры снимаются с них выворачиванием наизнанку, концы камер подготовляются для склейки стыка, а в утолщенное место заделывается вентиль. Стык клеится внахлестку дополнительной вулканизацией. Если вулканизация происходит в изложницах, камера из них выходит в совершенно готовом виде. 2) Покрышка - наружная оболочка пневматической камеры. Она защищает ее от повреждений, удерживает на ободе и создает наиболее благоприятные условия для устойчивости и движения автомобиля. Конструкция покрышки должна целесообразно использовать столь различные по своим основным свойствам материалы, как резина разных качеств, ткани разного изготовления и часто входящие в агрегат покрышки кольца из стальной проволоки. Расчет размеров и конструктивных форм пневматиков не укладывается в какие-либо определенные формулы. Размер, тип и форма пневматика зависят от нагрузки, которую он будет нести, от скорости вращения, от обода, на который он монтируется, от мощности мотора, от назначения автомобиля, от дорог, от производственных процессов, материалов, от экономичности, требований комфорта, соображений эстетических, патентных и т. д. В основу расчета пневматика кладутся нижеследующие существенные соображения: пневматик, монтированный на обод колеса и имеющий в камере сжатый воздух, под действием нагрузки сядет и прижмется своей нижней беговой частью к земле. Величина этой осадки и площадь, образуемая при этом контакте с землей, очевидно, д. б. так рассчитаны, чтобы последняя могла наилучшим образом выдержать нагрузку не только статического, но и динамического порядка. Площадь контакта пневматика с землей обычно имеет очертания эллипса, вытянутого в направлении движения экипажа. Чем больше нагрузка, тем, очевидно, площадь контакта д. б. больше, но она имеет свои пределы, зависящие от размеров самого пневматика. С другой стороны, чем под большим давлением сжат воздух в камере, тем оседание пневматика под нагрузкой меньше, а, следовательно, и площадь эллипса меньше. Но при слишком большом внутреннем давлении пневматик становится жестким, теряет свою эластичность; стенки его должны быть толстыми, прочными, что удорожает пневматик, и т. п. Оптимальные условия сбалансирования основных характеристик пневматика, нагрузки и внутреннего давления определяются уравнением:

S = G/KP,

 где S - площадь контакта в см2, G - нагрузка на шину в кг, Р - давление воздуха в камере в кг/см2, К - коэффициент, величина которого зависит от материалов, формы, толщины стенок и т. п. Общепринятое обозначение размеров пневматика выражает собой округленные размеры покрышки и обода в такой последовательности: AxBxD, где А - наибольший диаметр покрышки, В - наибольшая ширина покрышки, измеренная параллельно оси колеса (профиль покрышки), D - диаметр обода колеса. В виду громадного разнообразия размеров имеющихся на рынке пневматиков для точного определения пневматика необходимы все три измерения.

Поперечный размер монтированной автошины

Пневматические шины различают не только по размерам, но и по конструкциям, свойствам и назначению. Условная классификация типов пневматиков: 1) В зависимости от конструкции обода различают пневматики бортовые [фиг. 1 и 4 (слева)] и безбортовые (фиг. 2).

Типы безбортовых автошин

Первые закрепляются на цельном ободе, удерживаясь своими внешними выступами бортов в пазах обода (тип «клинчер»). Вторые своими плоскими и толстыми бортами со стальным кабелем закрепляются на ободе со съемной щекой или с глубоким седлом (тип «SS»). Последние проще в монтировке и более прочны. 2) По величине внутреннего давления в камере, измеряемого специальным манометром как сверхдавление, следует различать (фиг. 3):

Современные типы автошин. Пневматики

а) баллонные или низкого давления пневматики, отличающиеся мягкими, тонкими стенками и широким профилем; применяются преимущественно на ободах до 500 мм в диаметре, на машинах со скоростями не выше 90 км/ч; придают автомобилю мягкий ход, допускают среднюю нагрузку не свыше 35 кг/см профиля при внутреннем давлении 1,50—2,75 кг/см2, в зависимости от нагрузок; благодаря своим прекрасным качествам этот тип получает все большее распространение; б) полубаллонные пневматики с более толстыми стенками несколько уже по профилю, менее эластичны; в большинстве случаев применяются для сравнительно больших нагрузок; монтируются они на обода обыкновенного типа пневматиков, для которых они представляют переходную ступень к автошине баллон; в) пневматики высокого давления имеют пока наибольшее распространение, отличаются узким профилем и большой величиной давления воздуха к камере; стенки такой шины толсты и жестки; внутреннее давление в пневматике не менее 3,5 кг/см2, нагрузка на 1 см профиля - до 50 кг; применяются для легковых машин больших мощностей и скоростей, а также и для грузовых автомобилей до 1,5 т полезной нагрузки; г) пневматики «гиганты» отличаются особенно мощными стенками, крупными формами; применяются для больших нагрузок в грузовых автомобилях и автобусах; внутреннее давление в камере доходит до 7—8 кг/см2, нагрузка на 1 см профиля достигает 100 кг. Отличительной чертой этих четырех основных типов пневматиков, как видно, является объем воздушного пространства в шине или соотношение размеров профиля и диаметров шин, дающее наибольшую величину «пневматичности» для баллонов. Эти последние находят себе все более и более широкое применение для автомобилей всех типов, назначений, мощностей и нагрузок. В эксплуатации пневматики требуют самого внимательного отношения к себе в смысле соблюдения предписанного нормами соответствия между нагрузкой, внутренним давлением, типом шины и размерами обода колеса. Особенно чувствительны к отступлениям от норм пневматики баллонного типа.

Производство покрышек распадается на три основных этапа. Первый этап состоит в заготовке сырья и материалов для резиновых смесей и в обработке этих смесей. Эти работы аналогичны для всех видов резиновых изделий. Особенностью заготовительного этапа в производстве покрышек является подготовка тканей для постройки каркаса покрышек. Если для каркаса употребляется ткань обычного плетения, утка и основы (см. Автоматерия), то пропитывание резиной (гуммировка) этой ткани производится на т. н. пропиточных столах, обычных для резинового производства. В случае употребления ткани с редким утком гуммировка производится на вертикальном каландре, в котором ткань пропускается между двумя валиками и в это время пропитывается резиной. Особой оригинальностью отличается гуммировка т. н. безуткового корда, получившего за последние два года повсеместное и исключительное распространение. С катушек, на которых навиты нити корда, последние, сматываясь, попадают под нож и барабан. Поступая под барабан, нити впитывают жидкий резиновый клей, благодаря чему склеиваются друг с другом и обволакиваются резиновым слоем. За гуммировочным барабаном нити, уже в виде широкой полосы, проходят ряд сушильных барабанов, где испаряется бензин, и с другого конца машины выходят в виде длинных кусков ровного и отлично прорезиненного полотна. В дальнейшем это полотно, для накладки покровного слоя клейкой резины, пропускают еще через упомянутый вертикальный каландр. Резина по сортам, в зависимости от назначения и размера покрышки, отмеряется по весу или шаблону, а полотно, также в зависимости от размеров и типа покрышки, раскраивается полосами по диагонали. В таком виде заготовки поступают во второй этап производства, называемый постройкой покрышки (фиг. 4).

Пневматическая автошина

Основанием пневматической покрышки служит т. н. каркас из ткани. Этот каркас, состоящий из нескольких наложенных друг на друга тканевых прокладок, строится соответственно каждому размеру покрышек, путем накатки длинной ленты прорезиненной ткани па плоский барабан или металлический разборный сердечник, имеющие форму внутренней полости покрышки. Количество и ширина прокладок строго соответствуют типу и размеру покрышек. Во время накатки такого развернутого каркаса к бокам его прикрепляются заранее заготовленные крылья бортовой части. Развернутый каркас в виде плоского браслета натягивается на т. н. мягкую рабочую камеру и по ней обжимается. Средняя часть такого каркаса растягивается специальным приспособлением. В дальнейшем на готовый тканевый каркас наклеивают с внешней стороны полосы резины по бокам, а среднюю часть, кроме того, усиливают еще несколькими слоями ткани. Сверх этого усиления накладывается толстый слой т. н. протекторной резины. Третий этап производства покрышек состоит в вулканизации. Сырая покрышка снимается с рабочей камеры или сердечника и закладывается в тяжелые металлические формы, состоящие из двух симметричных половинок с осью симметрии, совпадающей с наибольшей осью продольного сечения покрышки. Выемка в форме точно соответствует наружному габариту покрышки. Для того, чтобы стенки покрышки плотно прижались к форме, а также для облегчения вулканизации, внутрь покрышки закладывается мягкая варочная камера. В камеру через вентиль под давлением вводится воздух, вода или нейтральный газ. Формы спрессовываются и подвергаются в т. и. автоклавах продолжительному нагреву, вызывающему явления вулканизации. В это лее время на покрышке запрессовывается рисунок рельефа беговой дорожки, марка, размер и номер покрышки.

Возможность повреждения в виде проколов и пробоин составляет основной недостаток пневматиков. В случае такого сквозного повреждения покрышки и камеры и связанной с этим утечки воздуха пневматик сразу теряет все свои преимущества. Средние эксплуатационные нормы автомобильных пневматических шин на современных дорогах СССР достигают 8—10 тыс. км для пневматиков легковых типов (в 1927 г.). Для пневматиков «гигантов» средний километраж доходит до 18—25 тыс. км. Пневматики, не выдержавшие установленных норм километража, в случае незначительных «механических» повреждений м. б. легко отремонтированы и вновь пущены в эксплуатацию. В особенности это относится к камерам. Размеры, типы и эксплуатационные нормы пневматиков ежегодно меняются. Стандарты автомобильных пневматических шин почти во всех странах мира ежегодно пересматриваются. Для СССР на 1927 г. и впредь до изменения стандарт автомобильных и мотоциклетных шин установлен СТО. Технические условия и инструкции приемки шин сводятся к контролю качества изделий, взятых в определенном % к принимаемой партии, на основе доступных, объективных и заранее установленных признаков. Для пневматиков эти признаки определяются эластичностью резины, отсутствием повреждений на поверхности покрышки и камеры и полным соответствием размеров покрышки и камеры размерам обода. Кроме того, в камерах тщательно проверяется добротность стыка и надежность вентиля. Хранить пневматические покрышки и камеры без вреда для них можно лишь в течение 1,5—2 лет, притом в специальных помещениях, ибо сырость, холод, жара и свет вредно отражаются на качестве пневматиков. Правильная монтировка, частая проверка внутреннего давления шин, выверка колес, рулевого, тормозного и передаточного механизмов и рессор автомобиля, наряду с учетом шин, должны составлять постоянную заботу рационально поставленного автопредприятия.

II. Полумассивные автошины отличаются тем, что сжатый воздух пневматиков заменен резиной или другим подобным материалом. Не обладая преимуществами пневматиков, полумассивные шины лишены и их недостатков, проколы и пробоины безвредны для их службы, они требуют меньшего ухода за собой. Применяются они для грузовых, броневых и специальных автомобилей средней грузоподъемности. Полупневматики бывают двух типов: 1) обыкновенные пневматики, с камерой или без таковой, после их монтировки на обод вместо сжатого воздуха заполняются так наз. «наполнителем». Наполнитель бывает или желатинообразного состава, или им служат каучукоподобные шашки или губки, заполняющие внутреннюю полость шины. Известно до 70 патентов наполнителей, но ни один из них не получил пока широкого распространения и не пришел на смену пневматика, оставляя т. о. наиболее заманчивую для изобретателей проблему замены пневматика неразрешенной; 2) т. н. эластики построены на принципе использования амортизирующей способности резины, взятой в толстом слое. Для уменьшения веса и улучшения амортизирующих качеств, шины эти применяются более широких профилей, но в самом массиве имеют сквозные каналы и ниши. Этот вид шин находит все большее применение для грузовых автомобилей всех видов и назначений, представляя наиболее удачную замену более жестких массивных автошин. В эксплуатации эластики, после обычной монтировки гидравлическим прессом, не требуют никакого ухода и имеют километраж, приближающийся к типу «гигант».

III. Массивные автошины (фиг. 5), или грузошины, или плотнорезиновые. Толстый слой массивной резины, наложенный на стальное кольцо, представляет довольно жесткую для наших дорог автомобильную обувь. Такие шины применяются для тяжелых грузовых и специальных автомобилей с небольшими скоростями. В работе эти шины достаточно надежны.

Массивная шина

Для монтировки они требуют специальных приспособлений. Известны два типа массивных автошин: 1) прессовый тип, при котором стальное кольцо натягивается на обод специальным прессом большой мощности; имеет наибольшее распространение; 2) съемный тип, закрепляющийся на ободе посредством специальных конусных вставок между ободом и стальным кольцом шины; вследствие сложности арматуры и ненадежности соединения этот тип шин выходит из употребления и заменяется прессовым. Массивная грузошина изготовляется путем последовательной накатки резины разных сортов на стальной плоский бандаж. На наружной поверхности бандажа проточены канавки в виде ласточкина хвоста. В эти канавки запрессованы полоски эбонитовой резины. На них накатаны полосы более мягкой резины, а сверх них - массив беговой резины. Последний получается или наращиванием тонких лент, или в виде толстой колбасы. После постройки массива шина закладывается в металлические формы, запрессовывается и вулканизируется в автоклаве под большим давлением в течение нескольких часов. Шины типа «эластик» изготовляются таким же способом, но в массив вставляется разъемный сердечник. При приемке надо обращать внимание на эластичность резины, отсутствие внешних дефектов и особенно на качество и цельность стального кольца в месте стыка. Хранение массивных шин в условиях, указанных для пневматиков, допустимо в течение 2—3 лет без вреда для качества их. Размер и применение массивных шин определяются профилем шины, нагрузкой на него и диаметром обода, на который шина монтируется. На 1 см профиля приходится в среднем около 100 кг нагрузки. Этот тип шин постепенно выходит из употребления и с успехом заменяется «эластиками» и особенно пневматиками типа «гигант». Для советских дорожных условий массивные грузошины не могут быть рекомендованы. Стандартные обозначения грузошин для СССР на 1927 г. приняты для 15 размеров прессового типа шин. В силу специфических условий монтажа шин принята следующая методика обозначения: АхВхD, где А - наибольший диаметр шины, В - ширина профиля, D - диаметр обода колеса.

Для 28000000 механических экипажей мира (в 1927 г.) изготовляется свыше 120000000 шин. На изготовление такой массы шин расходуется в год около 400000 т каучука и 300000000 м хлопчатобумажной ткани. В производстве шин занято около 350000 человек. Свыше 85% всего мирового производства шин изготовляется в США.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 1 - 1927 г.